一種鉛蓄電池負極板的製作方法
2023-07-31 21:55:06
一種鉛蓄電池負極板的製作方法
【專利摘要】本發明為一種鉛蓄電池負極板，包括集流體和電活性物質，可用於疊層式或卷繞式鉛蓄電池。該電極板具有優良的脈衝響應性能，能提高鉛蓄電池的功率密度和循環使用壽命，應用於電動車、電動工具、脈衝發射等領域的鉛蓄電池。
【專利說明】一種鉛蓄電池負極板
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鉛蓄電池負極板，屬於化學工程領域。有望應用於電動車、電動工具、脈衝發射以及軍工等領域的鉛蓄電池。
【背景技術】
[0002]能源是人類社會生存發展的基礎，從天然礦藏能源到電能的利用代表了科技發展的歷程。近代，特別是上一世紀人類社會的飛速發展，使得人類資源消耗量急劇增加，致使以石油為主的傳統化石能源日趨緊張，且造成大氣汙染越發嚴重，尋求可持續發展的途徑、保護自然資源和自然環境成為21世紀的嚴重挑戰。電能已經成為人類社會不可或缺的一種潔淨的能源，任何其它資源利用一般都必須使用電能，電能的儲存、轉化、輸送都用到電池/電容技術。
[0003]電動汽車(包括純電動車和混合電動車HEV)無汙染、使用成本低且有望調諧電網系統夜間的谷電，成為目前的研究熱點和未來交通工具的發展趨勢。鉛蓄電池因其原料資源豐富、價格低廉、製備、維護工藝成熟和安全性好等特點，在電動車上有較好的應用前景，但目前其比功率低、循環壽命短的缺點制約了其在電動車上的應用。超級電容器(Supercapacitors)是性能介於傳統電容器和電池之間的一種新型儲能裝置,其比能量是傳統電容器的20?200倍，比功率一般大於1000W/kg,高於一般二次電池,循環壽命(>105次)也優於電池，還具有能瞬間大電流充放電、工作溫度範圍寬、安全、無汙染等優點，因而具有在電動汽車上的潛在應用前景。但是，迄今為止，電化學電容器的比能量還是低於二次電池，制約了其在電動車上的應用。
[0004]鉛蓄電池的比功率較低以及大功率放電下壽命差，主要是受限於負極:在高密度電流放電情況下，負極產生大量鉛離子進入電解液，與之相對的情況是電解液中硫酸根離子擴散受限，致使鉛離子過飽和，容易在負極表面形成一層緻密的硫酸鉛沉澱層，造成負極表面鈍化。硫酸鉛導電性差，溶解度小，會降低負極內部鉛的反應活性，增加反應過電位，致使充電時析氫較為嚴重，充電效率下降，並形成惡性循環。若繼續大功率充放電，以上情況會進一步惡化，硫酸鉛沉澱顆粒增大且過程不可逆，最終負極喪失反應活性，電池失效(參見J.Power Sources 133(2004) 126)。若能通過外電路的控制，避免鉛蓄電池大功率充放電，能有效提高其壽命。中國專利200620097371.7公開了一種電池，其在傳統的電池外並聯了一個耐高功率充放電的電容器，通過一個外殼將電池和電容固定，構成一種電池-電容組合。該類電池-電容組合雖然將鉛蓄電池和超級電容器進行了結合，但屬於外組合式，兩個電源均需要各自的電解液、隔膜等，不但器件總體積較大，還需要外電路和相應的管理系統進行實時測試、控制，成本較高。
[0005]若將超級電容器與鉛蓄電池的「外並」改成「內並」，則能省去複雜的外電路與控制系統，有效的降低成本。中國專利200810136333.1公開了 一種鉛蓄電池，其部分負級鉛板為碳板所代替，可以提高鉛蓄電池比功率，延長電池壽命。中國專利200910002836.4公開了將超級電容器活性炭電極和鉛負極「內並」的電池，近期也有人稱之為「超級電池」(Ultrabattery,參見J.Power Sourcel74 (2007) 16)。該電池將超級電容器的高比功率、長壽命的優勢融合到鉛蓄電池中，在保持提高功率、延長電池壽命優點的同時，又能簡化電路、提高比容量，並降低總費用(參見《科學時報》2009年8月14日的《科學時評》專欄)。但是，由於減少了負極片，這種電池的比能量將有所下降。
[0006]將超級活性炭直接加入到鉛蓄電池負極板中，也能很好的起到提升電池脈衝功率的作用。如中國專利200810136333.1，中國專利200880009193.X和中國專利200910098917.9均公開了活性炭直接加入鉛蓄電池電極板，能有效提高器件性能。但是這些專利並沒有提及何種活性炭適合鉛蓄電池使用。
[0007]我們研究表明，只有活性炭比表面積在1500?3000m2/g，孔容0.5?2.0cm3/g，才能更有效的起到促進鉛蓄電池性能的功效。
【發明內容】
[0008]本發明的目的是提供一種鉛蓄電池負極板，能提高鉛蓄電池的功率密度和循環使用壽命。
[0009]本發明的技術方案如下:鉛蓄電池的負極板包括集流體和電活性物質，集流體用鉛、銅、鈦、鉭、鎢、鋁、炭泡沫或硬質塑料製成，集流體表面鍍鉛，電活性物質為活性炭、鉛粉、炭黑、碳納米管、炭纖維、炭氣凝膠、模板炭、介孔炭、碳化物衍生炭、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚烷基噻吩、聚對氟苯基噻吩、抑制析氫添加劑中一種以上物質；其中電活性物質中的活性炭比表面積1500?3000m2/g，孔容0.5?2.0cm3/g。
[0010]本發明提供的負極板內添加劑為含鉛、鈦、鋅、鋇、銻、鎘、銀、汞或鉍的氧化物、氫氧化物、硫酸鹽或其混合物，集流體為網格狀結構，網格孔隙大小為0.1?10cm2。
[0011]本發明提供的負極板優點在於:該電極板使得鉛蓄電池具有了電容器大功率(500ff/kg以上)、長壽命(500次以上)的優點。當需要大功率放電時，由於活性炭響應快，首先由其提供大部分電流，同時鉛上的放電電流緩慢增加，避免了負極受到大電流的衝擊，減少了鈍化的產生，延長了壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的極板結構示意圖
[0013]其中:1.集流體，2.電活性物質，集流體網格為長方形。
[0014]圖2為本發明的極板結構示意圖
[0015]其中:1.集流體，2.電活性物質，集流體網格為菱形。
【具體實施方式】
[0016]實例I
[0017]如圖1所示，在一個鉛蓄電池負極板中，集流體I為鉛-鈣合金板柵，板柵孔為2cm2,電活性物質2為比表面2011m2/g的活性炭、鉛粉、木素、炭黑和氧化鈰。使用該極板製備出的蓄電池比功率達554W/kg，循環壽命達741次。
[0018]實例2
[0019]如圖2所示，在一個鉛蓄電池負極板中，集流體I為鉛-鈣-錫合金拉網板柵，板柵孔為1.2cm2,電活性物質2為孔容1.2cm3/g的活性炭、鉛粉、木素、炭黑和氧化鉍。使用該極板製備出的蓄電池比功率達613W/kg，循環壽命達658次。
【權利要求】
1.一種鉛蓄電池負極板，其特徵在於該負極板包括集流體(I)和電活性物質(2)，集流體用鉛、銅、鈦、鉭、鎢、鋁、炭泡沫或硬質塑料製成，集流體表面鍍鉛，電活性物質為活性炭、鉛粉、炭黑、碳納米管、炭纖維、炭氣凝膠、模板炭、介孔炭、碳化物衍生炭、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚烷基噻吩、聚對氟苯基噻吩、抑制析氫添加劑中一種以上物質，其中電活性物質中的活性炭比表面積1500?3000m2/g，孔容0.5?2.0cm3/g。
2.根據權利要求1所述的負極板，其特徵在於添加劑為含鉛、鈦、鋅、鋇、銻、鎘、銀、汞或鉍的氧化物、氫氧化物、硫酸鹽或其混合物。
3.根據權利要求1所述的負極板，其特徵在於集流體為網格狀結構，網格孔隙大小為.0.1 ?10cm2。
【文檔編號】H01M4/14GK103515579SQ201210206894
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月21日 優先權日:2012年6月21日
【發明者】張 浩, 吳賢章, 曹高萍, 丁平, 陳建, 楊裕生, 相佳緣, 孔德帥 申請人:中國人民解放軍63971部隊, 浙江南都電源動力股份有限公司